參與世界最大天文臺合作計畫，懷抱夢想的天文學家賴詩萍博士

本文與 Panasonic 合作，泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享，不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上，「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水，但過不了幾天，馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑，甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢（黏質沙雷氏菌）。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」，讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看，世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制，並非打造完全不沾染髒污的材質，而是調整表面的物理與化學屬性，使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力，透過日常水流沖刷，便能輕易地將髒污帶走。

為什麼污垢「黏不住」？ 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」，我們得先像偵探一樣，拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇：

1. 水垢與礦物沉積*1：我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時，這些離子會逐漸結晶析出，變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
2. 生物膜與有機物*2：包含尿液中的無機鹽、油脂殘留，以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物，所組成的黏滑防禦大本營。

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」，前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼，材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢？答案就藏在「表面能（Surface Energy）」與「濕潤性（Wettability）」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時，水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠，還是迅速攤平開來？這取決於表面的特性：

• 疏水路線（Hydrophobic）*1：具備低表面能的疏水表面，能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠，當水珠滾動滑落時，就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走，這就是著名的「自清潔效應」。
• 親水路線（Hydrophilic / Superhydrophilic）*2：相反地，極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子，在材料最外層形成一層薄薄的「水化層（Hydration Layer）」。這層水化層就像是實體的液體盾牌，讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底，只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻：傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆，髒污就像攀岩者，需要找到落腳點並用力撐住才能攀附；而我們做的是抽掉把手點，或是在把手上塗上潤滑油，讓髒污找不到施力點，自然難以停留。

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢，下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢，在微生物學中被稱為「生物膜（Biofilm）」。細菌並不是孤立生長的，當單顆細菌落在表面後，如果覺得環境舒適，它就會開始分泌胞外聚合物（EPS），這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起，並築起堅固的防禦堡壘，這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出，要阻止生物膜形成，除了化學上的抗菌，材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論（Attachment Point Theory）」：

1. 粗糙與微孔洞表面：如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞，細菌（體積通常約 1 到 3 微米）就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點，還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
2. 極致平滑與微結構表面：相反地，如果材料表面做到極致平滑，完全沒有微米級的缺陷；或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構，細菌的足跡構造（如鞭毛或纖毛）就無法在表面找到穩固的「接觸附著點（Contact Points）」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時，它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外，現代衛浴結構在設計時，也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角，等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何，我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系：【材料層（低附著力）】+【結構層（無縫平滑）】+【動態流體層（泡沫與水流剪切力）】= 高效清潔！

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例，就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表：

1. 材料層：有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」（以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料，這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩）。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性，水滴不易長時間攤平停留；材質堅固、不易破裂，耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試，這種素材配合泡沫洗淨，在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌，從源頭阻斷細菌定殖。

2. 結構層：無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上，A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計，減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫，並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計：

• 泡沫防護：在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層，有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺；
• 外圍防護：馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔，防止液體延著外壁滴落至地板；
• 測漏防護：便座與馬桶本體採用不外露的防護設計，避免液體從縫隙飛濺滲漏。

3. 動態流體層：雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時，A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污，再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙，徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著，配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」，利用旋轉產生的流體剪切力，一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外，Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技，釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污，維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆，但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計，到微觀幾何的附著點控制，再到流體力學的水流沖刷，一座現代抗污馬桶的演進，縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而，A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破，展示了材料科學的另一種聰明思維：不靠強酸強鹼硬打，而是透過物理與化學邏輯，將「污垢固著」的機率降到最低。

當材料科學與現代衛浴技術結合，刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持，我們得以從繁重的家務勞動中解放，享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文：A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文：Brushing up functional materials

本文轉載自中央研究院研之有物，泛科學為宣傳推廣執行單位。

• 採訪撰文／歐柏昇
• 美術設計／蔡宛潔

訪問事件視界望遠鏡計畫成員

事件視界望遠鏡（EHT）2022 年 5 月公布人馬座 A 星（Sagittarius A*, Sgr A*）的黑洞照片，終於揭開銀河系中心超大質量黑洞的面紗。黑洞觀測仰賴特長基線干涉技術（VLBI, Very-long-baseline interferometry），從硬體設備的建造到成像工作，每一步驟都大有學問。中央研究院「研之有物」專訪院內天文及天文物理研究所副研究員淺田圭一，他直接參與了本次黑洞影像的工程，以下讓我們一起深入瞭解！

首先介紹淺田圭一（Keiichi Asada）副研究員，他是事件視界望遠鏡計畫的成員，2009 年延攬來臺灣中研院天文所，從事次毫米波段的 VLBI 研究。

淺田圭一對於 EHT 陣列的格陵蘭望遠鏡（GLT）貢獻良多，完整參與了 GLT 望遠鏡的選址與建造，目前他在計畫中負責管理黑洞觀測。此外，淺田圭一也是人馬座 A 星成像團隊的一員，因此對於影像處理的細節相當瞭解，我們將透過訪問，逐漸揭開銀河系中心黑洞照片背後的秘密。

會隨著時間改變結構的銀河系黑洞：人馬座 A 星

早在 2017 年，事件視界望遠鏡就同時完成 M87 和人馬座 A 星兩個黑洞的觀測。為何 M87 黑洞影像在 2019 年就公布，然而人馬座 A 星卻要多等三年呢？

淺田圭一說，研究團隊在 2018 年取得數據的時候，很快就發現 M87 的數據處理容易得多。人馬座 A 星的成像之所以困難，其中有個關鍵因素，是它的周圍結構隨著時間變化非常迅速。

電波干涉儀觀測的原理，是利用望遠鏡之間兩兩一組構成的「基線（baseline）」，測量訊號抵達的時間差，來建構出天體的長相。觀測的時候，每條基線可填入一個資料點。由於地球會自轉，隨著時間的推移，望遠鏡以不同角度接收天體訊號，資料點也愈來愈多，就像是相機長曝光一樣，可以填入愈來愈多的資訊，提高影像品質。

淺田圭一解釋，長曝光的時候目標不應該移動；如果曝光過程中，觀測目標變化很大，就會很難成像，而人馬座 A 星就是這種情況。

一張花費五年的照片，科學家在做什麼？

這張黑洞影像的產生耗費了五年，是個浩大的工程。淺田圭一說明，從觀測到產出這張照片，共歷經四個階段的主要任務：觀測（observation）、訊號相關（correlation）、校準（calibration）、成像（imaging）。

觀測（observation）

2017 年，八座望遠鏡共同完成了人馬座 A 星的觀測，而中研院參與了其中三座望遠鏡的建造與營運。

觀測的時候，望遠鏡接收宇宙中傳來的電磁波，轉換為數位訊號（00、01、10、11），記錄在硬碟中。由於事件視界望遠鏡的各個測站距離遙遠，必須先分別將數據儲存下來，用飛機運送到美國麻省理工學院（MIT）和德國馬克斯·普朗克研究所（Max Planck Institutes）。這兩個機構擁有超級電腦，可進行下一步的運算。

為何要用飛機傳送數據呢？淺田圭一開玩笑說：「當然也可以用船！」真正的原因是黑洞的觀測資料非常龐大，每座望遠鏡每秒可生成 4 GB 的資料，一次觀測的資料總量高達 5 PB。加上有些測站地理位置偏遠，網路傳輸非常不便。例如其中一個測站是南極望遠鏡，只有非常慢的衛星網路，於是這麼龐大的資料只能靠飛機實體傳輸。

訊號相關（correlation）

研究機構收到飛機運來的硬碟之後，利用超級電腦進行「訊號相關」的步驟。電波干涉需要計算多組望遠鏡之間接收訊號的時間差，因而需把來自各地的數據關聯在一起。

這個步驟在 2018 年完成，大約花了一年時間。淺田圭一說，研究團隊不希望有任何錯誤，所以每個步驟都很仔細檢查，不斷發現問題，又回去修正，因此耗費很多時間。

校準（calibration）與成像（imaging）

完成訊號相關之後，還需要校準，將原始數據轉換為能量的物理單位。研究團隊使用兩種不同的指令流程來校準（註1），確認結果一致。

電波干涉儀所測得的數據，並不是直接的「照片」，而是影像經由傅立葉轉換後的結果。下圖稱為 uv 平面（uv plane），用來表達電波天文影像經傅立葉轉換後的空間。

若要直接解出影像，電波觀測的數據需要完全填滿 uv 平面，但是現實中無法做到，只能盡可能取得 uv 平面上的資訊，進而根據既有資料，運用模擬來還原影像。總之，成像是個需要技巧的艱難任務。

重建黑洞影像：步驟複雜的艱難任務

淺田圭一說明，重建影像的方法很多，並且有眾多參數可調整。以 VLBI 觀測黑洞，uv 平面的數據肯定無法收滿，故一開始的觀測數據可產生非常多種影像，其中有些是環狀，有些是點狀。面對這麼多種可能性，科學家如何理出頭緒？

成像工作的重點，在於有技巧的「逆推」。為了找出 uv 數據和黑洞影像的相關性，要先「訓練」一個優秀的影像重建模型。訓練模型要先找出優良的參數，使得影像和數據結果最吻合，尋找優良參數需要依靠電腦模擬，從假設的幾何結構產生假想的數據。

在分析真實數據之前，研究團隊先拿電腦生成的假想數據來「訓練」重建影像的程式。這個「訓練」過程會嘗試非常多的參數組合，並檢驗程式生成的影像是否符合原先假設的幾何結構，藉此挑選出一些優良的參數組合。

找出優良的參數之後，再將這些參數套用在真實觀測數據上，開始重建真實的黑洞影像。

經由模擬找出的優良參數仍然不只一組，於是就有許多種和觀測數據吻合的影像。研究團隊並不是從中挑出唯一的影像，而是根據結構形狀把影像分為四種類型，並且取平均，得到最終公諸於世的那一張黑洞影像。

由於成像並非直觀的過程，所以科學家們各有不同的想法來成像。淺田圭一說，大家都知道成像很困難，雖然本質是國際合作，但是想法本身都是來自個人，所以這項任務也像是國際競爭，看誰能找出最好的解法。

2018 年取得數據之後，科學家嘗試很多方法來成像。大約在 2019 年底，就產生和最終結果多少相似的影像，但是研究團隊沒有十足把握，所以繼續微調、反覆確認，直到今（2022）年初，才終於得到有把握的黑洞影像。

對於事件視界望遠鏡的團隊而言，這幾年是個辛苦的歷程。他們每週都有橫跨亞洲、歐洲、美洲的線上國際會議，為了配合所有國家的時區，會議時間通常都在亞洲的晚上。淺田圭一說，對於年輕同事真是感到抱歉，他們週五晚上經常無法去放鬆 Happy，必須參與國際會議。

黑洞影像的背後，除了眾人之力，還需要先進的儀器

黑洞照片的產出仰賴眾多科技。除了軟體技術之外，若沒有先進的硬體設備，如此精密的觀測無法完成。淺田圭一認為，中研院在黑洞觀測的硬體設備上有兩大貢獻：

第一是數位轉換器（digitizer）。望遠鏡接收到的電磁波，需轉成數位訊號，才能進行下一步的數據處理。所有測站的數位轉換器都是由中研院完成，幕後功臣是天文所的江宏明研究技師。

第二是位於智利的阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列（ALMA）。事件視界望遠鏡大部分的靈敏度都來自 ALMA，遠遠超過其他望遠鏡。

ALMA 本身是個由數十座望遠鏡構成的干涉儀，但是黑洞觀測要把 ALMA 當作單一的一座望遠鏡，和其他測站共同組成更大的干涉儀。欲達成此目標，需要添加特殊功能，確保 ALMA 內部每一個望遠鏡所接收的電磁波對齊。這就是國際合作的 ALMA Phasing Project 的任務，早在事件視界望遠鏡合作團隊組成之前，中研院天文所就參與了這個計畫。

由於電波干涉儀的基本原理，是運用各個測站訊號抵達的時間差，來還原天體影像，因此需要非常精確地測定時間。事件視界望遠鏡的同步器（synchronizer）是運用氫邁射（hydrogen maser）的原子鐘，每秒鐘具有 10^-13 的精確度，各個測站都需要裝設此配備。

原子鐘需要放置在很穩定的溫度和磁場下，以及無震動的環境中。氫邁射原子鐘的外面需要包裹三層的容器，確保設備高度穩定。事件視界望遠鏡的每個測站，都有專門放置原子鐘的位置。淺田圭一笑著說：電波望遠鏡放置原子鐘的房間裡有張椅子，那是他最喜歡的工作地點，因為最不容易受到干擾！

黑洞影像是眾多科學家協力完成的鉅作。精密硬體設備的每個部分，都是黑洞觀測不可或缺的利器。人馬座 A 星黑洞觀測完成之後，數據分析的工作也相當艱辛，耗費五年的時間才成功重建影像。一張「黑洞照」，絕不是曝光之後就會自動跑出來，而是集合眾人之力，以嚴密科學方法達到的成就。

註解

註 1：EHT 研究團隊使用兩套指令流程來校正數據：the CASA-based rPICARD pipeline、the HOPS-based EHT-HOPS pipeline

延伸閱讀

• 簡克志（2022）。〈為什麼拍到銀河系中心黑洞很重要？如何看見黑洞？黑洞 QA 大集結！〉，《研之有物》。
• 歐柏昇、簡克志（2021）。〈人類首張黑洞照片再升級！解讀 M87 星系黑洞偏振光影像與後續〉，《研之有物》。
• 銀河系中心。（2020 年）。中央研究院天文所季報《天聞》2020 年冬季號。 
• Event Horizon Telescope Collaboration, Akiyama, K., Alberdi, A., Alef, W., . . . Zhao, S. S. (2022). First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. III. Imaging of the Galactic Center Supermassive Black Hole. The Astrophysical Journal Letters, 930(2), L14.
• Event Horizon Telescope Collaboration, Akiyama, K., Alberdi, A., Alef, W., . . . Yamaguchi, P. (2019). First M87 Event Horizon Telescope Results. IV. Imaging the Central Supermassive Black Hole. The Astrophysical Journal Letters, 875(1), L4. 

本文轉載自中央研究院研之有物，泛科學為宣傳推廣執行單位。

• 採訪撰文｜歐柏昇
• 美術設計｜林洵安

為什麼要研究宇宙中的複雜分子？

生命如何在宇宙中起源？這是天文學家關注的一個大哉問，也許我們可以從星際中的複雜分子，獲得一些可能線索。「研之有物」團隊專訪中央研究院天文及天文物理研究所呂聖元副研究員，他長期研究天文化學，2020 年普查在獵戶座大星雲的恆星形成區，探測到 4 顆富含複雜分子的「熱微核」（hot corino），有助於釐清恆星誕生時周遭雲氣的化學演化。

尋找星際中的複雜分子

天文學家很早就知道，星際空間中存在著成分以氫氣為主的分子雲（molecular cloud）。到了 1960 年代，隨著電波天文學進展，學者們在分子雲中陸續偵測到新的分子訊號。這才發現，分子雲裡面除了氫氣，還摻雜著很多不同的分子。由於分子雲是恆星與行星系統誕生的地方，不禁讓人聯想，其中或許存在一些和生命起源有關的分子。

相較於簡單分子而言，由至少 6 個以上原子構成的有機分子，天文學家稱為「複雜有機分子」（complex organic molecules），可能和生命起源有更多連結。過去天文學家就試著尋找複雜有機分子，不過早期望遠鏡靈敏度低，所以起初偵測到的分子都較為簡單。

天文學家偵測星際雲氣中分子的方法，是量測分子的轉動光譜。氣態的分子有時轉得快、有時轉得慢，當分子在不同轉動模式變換時會發出或吸收光線，而這些具有特徵的光線就構成分子的轉動光譜。

為什麼複雜分子的訊號會比較微弱呢？呂聖元說主要原因有兩個：首先，複雜分子通常需要經歷很多化學過程才能形成，所以在星際雲氣中的豐度（註1）相對來說比較低。第二，簡單分子的轉動模式比較單純，複雜分子的轉動模式卻很多，使得每條輻射譜線的亮度相對微弱而更不容易觀測。

隨著天文儀器越來越靈敏，實驗室量測到、用來比對的分子光譜數量越來越多，科學家在星際偵測到的分子種類迅速增加，並找到更多結構複雜的分子。目前已偵測到的星際分子種類，從 50 年前的個位數，增加到最近的 200 多個。進入 21 世紀後，綠堤望遠鏡（GBT）以及阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列（ALMA，中研院亦參與研發建造）等新儀器相繼上線運作，搜尋複雜有機分子的成果更是突飛猛進。

雖然目前已找到的複雜有機分子，尚未能直接連結到生命起源，不過天文學家繼續努力搜尋和生命有關的分子。例如，許多學者努力在星際間尋找「甘胺酸」（Glycine），甘胺酸是一種構造相對簡單的胺基酸，是構成人體蛋白質的成分之一，若能找到這種分子，有望幫助我們掌握生命起源的線索。

在獵戶座星雲偵測到新的「熱微核」

1990 年代找到的許多複雜有機分子，都是在大質量恆星誕生的區域發現，這些地方稱為「熱分子核（hot molecular core）」或者「熱核」。發現熱核之後，天文學家進一步想：在類似太陽系的小質量恆星誕生區，是否也能找到複雜有機分子呢？

2004 年起，科學家的確在小質量恆星誕生的區域，找到了一些複雜有機分子。這些天體比起「熱核」來說，不論是大小或是質量都要來得小，因此被稱之為「熱微核（hot corino）」。

呂聖元指出，不論「熱核」或是「熱微核」，所謂的「熱」，其實只是相對一般的雲氣來說比較高溫。一般分子雲只有大約絕對溫度 10 度（10K，約 -263 ℃），非常寒冷，而熱（微）核可達大約 100K 至 200K（約 -173℃ 至 -73 ℃）。在恆星形成的過程中，部分雲氣密度變高，同時被加熱，於是可在毫米波與紅外線波段看到比較亮的區域，而「熱微核」就是相對高溫的緻密區域。

2020 年，臺灣大學的博士生許世穎和呂聖元合作發表論文，登上《天文物理期刊》（The Astrophysical Journal），他們在獵戶座大星雲偵測到了 4 個新的熱微核！在此之前，已知的熱微核並不多，只有不到 20 個，主要出現在經常被觀測且已知的明亮恆星形成區。

呂聖元研究團隊採用全然不同的途徑，不去觀測已知的恆星形成區，而是像矇著眼睛般，普查獵戶座星雲中之前沒被發現、或是尚未被詳細研究過的恆星形成區域，結果就發現了裡面的熱微核。這項重要發現受惠於 ALMA 望遠鏡的高靈敏度，故可偵測到過去可能無法被看見的訊號。

事實上，幫助呂聖元團隊找到熱微核的這項 ALMA 觀測計劃，最初的目的並非尋找複雜有機分子，在呂聖元團隊看過光譜之後，才發現熱微核就在其中，可說是意外的驚喜。

那麼，偵測到新的熱微核意味著什麼？

宇宙中可能更普遍存在複雜有機分子

熱微核並不是所有恆星形成區域都能看到，但是看不到熱微核的地方是真的沒有熱微核，或者只是我們「視而不見」呢？

呂聖元團隊研究發現，目前找到的熱微核，大多仍出現在總亮度相對比較亮的恆星形成區。為什麼比較亮的地方才看得到熱微核？許世穎和呂聖元等即將發表的新論文提供了解釋：明亮的原恆星附近輻射比較強，因此可造成範圍較大的熱區，使得熱微核較容易被看到。

呂聖元進一步說明，依照目前主流的了解，複雜有機分子經常在星際塵埃表面的冰晶形成。在熱區之中，冰晶中的分子得以揮發成為氣態，而能被人們透過分子轉動光譜觀測到。明亮的原恆星附近造成較大的熱區，可能就是比較容易觀測到熱微核的原因。

如果以上的解釋正確，就表示目前找到的熱微核數量，可能只是冰山一角。可能在更多的恆星形成區都有熱微核存在，只不過有些熱微核尺度不夠大，所以在目前儀器的靈敏度下沒能偵測到。

呂聖元團隊運用 ALMA 望遠鏡的高靈敏度觀測，確實已在一些過去沒有看到熱微核的地方，找到了較黯淡的熱微核，能夠支持以上的推論。也就是說，可能許多恆星形成區都有熱微核，或者說複雜分子的分布比原先想像更加普遍。

最近還有其他研究發現，在恆星誕生之前的冷雲氣中也偵測到複雜有機分子。也就是說，雲氣還沒有加熱之前，複雜有機分子就已經在氣態中。這表示可能有除了原恆星加熱外的其他管道將冰晶中的複雜有機分子釋放出來，或是有其他的化學反應機制來形成複雜有機分子。

持續尋找生命起源的線索

複雜有機分子與生命起源的關聯，雖然尚未有明確答案，但天文學家持續探討這類分子的相關形成機制。呂聖元團隊中的博士後研究員沙德培（Dipen Sahu），近期主導研究甘胺酸的同分異構物——氨基甲酸甲酯（Methyl carbamate）在熱微核環境的形成機制。這項研究考慮了相關的化學反應，利用天文化學模型，計算出恆星形成區此分子的含量，推導的結果與針對熱微核量測出的分子含量上限一致。

呂聖元也談到複雜有機分子與生命起源研究的展望。他認為，這些研究值得以跨領域的方向來發展。國外有些研究單位，已能結合冰晶實驗、化學、天文觀測來研究複雜有機分子，而國內的學者在各個相關項目也有專長。長遠來說，如果要研究生命起源，則需結合天文學與生物學的知識，朝著「天文生物學」的方向發展。

天文學家利用 ALMA 望遠鏡的高靈敏度、高解析度觀測，不但在星際中找到更多種類的複雜有機分子，也在更多恆星形成區發現了富含複雜有機分子的「熱微核」。這些分子最終能否留在它們的太陽系，還有很多關卡要過。未來更進一步的科學研究與發現，將能幫助人們釐清星際中的化學過程，繼續向前一步回答生命起源的大哉問。

註1：一般指該分子成分相對於氫分子（H₂）的數量。好比最常見的一氧化碳分子（CO），其在星際分子雲中的豐度大約是10^-4，也就是大約每 1 萬個氫分子才有 1 個一氧化碳分子。

延伸閱讀

• 呂聖元個人網站
• 許世穎、Dipen Sahu（沙德培）、呂聖元，〈外星生命先驅？—新生恆星周邊的有機化學〉，《自然科學簡訊》第 32 卷第 4 期，2020
• McGuire B. A. (2021). 2021 Census of Interstellar, Circumstellar, Extragalactic, Protoplanetary Disk, and Exoplanetary Molecules. arXiv (Accepted for publication in the Astrophysical Journal Supplements).
• Hsu, S. Y., Liu, S. Y., Liu, T.,. . . Zhang, Q. (2020). ALMA Survey of Orion Planck Galactic Cold Clumps (ALMASOP). I. Detection of New Hot Corinos with the ACA. The Astrophysical Journal, 898(2), 107.
• Sahu, D., Liu, S. Y., Das, A., Garai, P., & Wakelam, V. (2020). Constraints of the Formation and Abundances of Methyl Carbamate, a Glycine Isomer, in Hot Corinos. The Astrophysical Journal, 899(1), 65.